卟啉类化合物促进的生物分子检测

发布时间：2020-08-19 14:32

【摘要】：对于生物分子的检测一直以来都是生物医学工程学科的一项重要课题。金属卟啉是一种共轭有机金属配合物,它能够模拟很多种酶的活性中心,在催化研究领域有着广泛的应用前景。本文通过结合点击化学技术,使用卟啉类化合物催化了原子自由基聚合(ATRP)反应进行了电化学信号放大,并应用于凝血酶蛋白分子的生物传感。1.本实验中,首先使用两段核酸适配体包夹凝血酶,将待测的凝血酶固定在金电极表面,再通过点击化学的方法,被抗坏血酸还原为一价的铜离子催化了叠氮-炔基的环加成反应,即能将ATRP引发剂连接在核酸适配体末端。随后,在体系中引入ATRP反应,使用了氯化铁卟啉(Hemin)进行催化,使得带有二茂铁的ATRP反应单体聚合为长链,进行了信号放大,即可进行对凝血酶的高灵敏度检测。实验表明,该反应可对凝血酶进行低至0.12 fM浓度的检测,与传统凝血酶检测方法相比提高了约三个数量级以上。2.本实验使用同样的方法将凝血酶固定在金电极表面,通过电化学还原硫酸铜的方法得到了一价铜离子进行点击化学的催化,在ATRP反应中使用了锰卟啉化合物进行催化,构建了更高灵敏度的凝血酶传感器,检测限和线性检测范围分别达到了 0.08 fM和10-14～10-9 M。同时对实验条件的优化表明,该检测过程操作简单,成本低,时间较短,在稀释血清样品中也能表现出很好的抗干扰能力,说明这种检测方法在生物分析、临床诊断等领域具有很大的潜在应用。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318
【图文】：

示意图,生物传感器,第一,电子转移

，速、操作十分简便且检测性能高。逡逑第一代酶生物传感器使用酶与电极间的电子转移介质主要为氧气或过氧化氢，产生逡逑电流大小和氧气浓度呈一定比例关系，从而推出待测物浓度。它的不足主要是检测环境逡逑的气密性较难保证，氧气作为氧化还原指示剂时需要较高的氧化还原电位（０．７Ｖ左右），逡逑而高电位易使某些杂质显示出催化作用来干扰实验［８］。逡逑为了不影响生物传感器检测的特异性，人们寻找了一些电活性的小分子作电子转移逡逑介质。电子转移介质能在低电位时把电子从酶活性中心传递到电极表面，促进酶的氧化逡逑还原活性中心和电极间的电子耦合而产生响应，从而引起电流的变化。这就是第二代酶逡逑生物传感器。常用的电子转移介质包括了二茂铁及其衍生物［９］，普鲁士蓝［１（）］，亚甲基蓝逡逑［１１］，硫堇［１２］等。然而，电子转移介质传递电子的过程不是特异性的，酶与电极界面间的逡逑介体有扩散屏障，这使得二者之间不能发生直接的电子转移。逡逑第三代电化学酶传感器目前最具优势，它可直接使得固定酶的活性中心与电极表面逡逑间的电子不通过电活性物质的传递而发生迅速转移，整个反应过程增加了电极的灵敏度逡逑及响应速度。三代生物传感器的示意图如图１．１［１３］。逡逑（Ａ）逦（Ｂ）逦（Ｃ）逡逑

适配体,靶物质,核酸,大分子

解离常数甚至可以达到皮摩尔（ｐＭ）级［５７］。不同靶分子与适配体进行特异逡逑性识别时，构建模式主要有（ａ）包埋型，（ｂ）单位点结合型，（ｃ）双位点结合型和（ｄ）逡逑复合夹心型［５８］，如图１．４。小分子的分子量较小，因此核酸适配体可将其包埋在立体空逡逑间结构内（ａ）；大分子结构较复杂，核酸适配体可能会通过分子间作用力、氢键或堆叠逡逑等方式与其结合，并分为单个位点（ｂ）和双位点（ｃ）的结合。双位点结合发生时，会逡逑存在两条适配体，通常一条作为捕获探针固定于电极、纳米粒子或芯片等载体表面，另逡逑一条一般与荧光材料或有电化学信号的材料等修饰基团相连，作为带信号的探针；还有逡逑一种引入抗体的结合方式，再将靶分子置于夹心中（ｄ），实现对靶物质的测定。逡逑１．３．１核酸适配体在检测蛋白质中的应用逡逑核酸适配体具有与靶物质结合选择性高、特异性强、筛选周期短、稳定性强等等优逡逑点，已被广泛应用于生物传感器研宄领域，特别是检测蛋白质方面。目前已开发出多种逡逑７逡逑

题组,原子转移自由基聚合,氯化亚铜,反应原理

的单体小分子，能够形成含有上千个重复单元的高分子链，即通过高分子链的增长把单逡逑个生物分子的识别过程放大几千倍，从而实现了对生物检测信号的高效放大，原理示意逡逑图如图１．６。通常的ＡＴＲＰ方法具有以下特点：在反应初期时体系中的引发剂就应该被逡逑消耗完并生成增长的链，且每一步参与反应的单体数很小，链转移和链终止的反应在整逡逑个反应体系中是可以被忽略的。逡逑９逡逑

【参考文献】